离心泵实验报告

1 / 16 离心泵实验报告 北京化工大学 化工原理实验报告 实验名称：离心泵性能实验 班 级： 化工 100 学 号：姓 名： 同 组 人： 实验日期： 一、报告摘要： 本次实验通过测量离心泵工作时，泵入口真空表 P真、泵出口压力表 P 压、孔板压差计两端压差 ?P、电机输入功率 Ne以及流量 Q 这些参数的关系，根据公式 He?H真空表 ?H压力表 ?H0、 N轴 ?N电 ?电 ?转、 Ne? Q?He? 以及 ?Ne 可以得出 102N轴 ?du2?p与雷诺数 Re? 离心泵的特性曲线；再根据孔板流量计的孔流系数C?u/ 00 ? 的变化规律作出 C0?Re图，并找出在 Re大到一定程度时 C0不随 Re变化时的 C0值；最后测量不同阀门开度下，2 / 16 泵入口真空表 P真、泵出口压力表 P 压、孔板压差计两端压差 ?P，根据已知公式可以求出不同阀门开度下的 He?Q 关系式，并作图可以得到管路特性曲线图。 二、目的及任务 了解离心泵的构造，掌握其操 作和调节方法。 测定离心泵在恒定转速下的特性曲线，并确定泵的最佳工作范围。 熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法。 测定孔板流量计的孔流系数。 测定管路特性曲线。 三、基本原理 1.离心泵特性曲线测定 离心泵的性能参数取决于泵的内部结构、叶轮形式及转速。其中理论压头与流量的关系，可通过对泵内液体质点运动的理论分析得到。由于流体流经泵时，不可避免地会遇到各种阻力，产生能量损失，诸如摩擦损失、环流损失等，因此，实际压头比理论压头笑，且难以通过计算求得，因此通常采用实验方法，直接测定其参数间的关系，并将测出的He-Q、 N-Q 和 -Q 三条曲线称为离心泵的特性曲线。另外，曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。 泵的扬程 He： He?H 真空表 ?H 压力表 ?H0 式中： H 真空表 泵出口的压力， mH2O， H 压力表 泵入口的压力， mH2O 3 / 16 H0 两测压口间的垂直距离， H0? 。 泵的有效功率和效率 由于泵在运转过程中存在种种能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值为低，而输入 1 泵的功率又比理论值高，所以泵的总效率为： ? 式中 Ne 泵的有效效率， kW； Q 流量， m3/s； He 扬程， m； NeQ?He?， Ne? N 轴 102 ? 流体密度， kg/ m3 由泵输入离心泵的功率 N 轴为： N 轴 ?N电 ?电 ?转 式中： N电 电机的输入功率， kW ?电 电机效率，取； ?转 传动装置的效率，一般取； 2.孔板流量计空留系数的测定 在水平管路上装有一块孔板，其两侧接测压管，分别与压差 传感器两端连接。孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减小，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。若管路直径 d1，孔板锐孔直接 d0，流体流经孔板后形成缩脉的直径为 d2，流体密度，孔板前测压导管截面处和缩脉截面处的速度和压强分别为 u1、 u2和 p1、p2，根据伯 4 / 16 22 2 努利方程，不考虑能量损失，可得： u2?u1?p1?p2?gh或 u22?u1? 2? 2gh。 由于缩脉的位置随流速的变化而变化，故缩脉处截面积 S2 难以知 道，孔口的面积为已知，且测压口的位置在设备制成后也不改变，因此，可用孔板孔径处的 u0 代替 u2，考虑到 2 流体因局部阻力而造成的能量损失，用校正系数 C后则有 u22?u1?C2gh 对于不可压缩流体，根据连续性方程有 u1?u0S0 S1 2 经过整理后，可得： u0?C 2gh?S1 ，令 C? C?S1 ，则可简化为： u0?C02gh。根据 u0 和 S2，可算出体积流量 Vs 为：5 / 16 Vs?u0S0?C0S02gh 或 VS?C0S0 2?p ? 式中： Vs 流体的体积流量， m3/s； ?P 孔板压差， Pa； S0 孔口面积， m2； ? 流体的密度， kg/ m3； C0 孔流系数。 孔流系数的大小由孔板的形状，测压口的位置，孔径与管径比和雷诺数共同决定。具体数值由实验确定。当d0/d1一定，雷诺数 Re超过某个数值后， C0就接近于定值。通常工业上定型的孔板流量计都在 C0 为常数的流 动条件下使用。 四、装置和流程 离心泵性能实验装置与流程图 1. 孔板压降 2.水温 3.泵出口压力 4.泵入口压力 5 电机功率 以上测量数据显示在数字仪表箱上。 五、操作要点 本实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下离心泵的各项性能参数。 1.检查电机和离心泵是否运转正常。打开电机电源开关，观察电机和离心泵的运转情况， 6 / 16 3 如无异常，就可切断电源，准备实验时使用。 2.在进行实验前，首先要排气，开启泵排气完毕 后，关闭排气阀，开始实验。 3. 测泵特性。固定频率 流量： 流量 Q 为单位时间内输送的流体体积，可通过适合的流量计直接获得。 2) 压头： 离心泵的压头 H 指流体通过离心泵获得的有效能量。单位质量流体通过离心泵 获得的能量，即 式中， Hp 表示流体流经叶轮增加的静压能， Hc 表示流体经叶轮后增加的动能， v 表示 流体的绝对速度， p 表示在测量点的流体压力， 为流体密度， g 为当地重力加速度， z 为测压点相对基准点的高度。 3) 离心泵功率： 功率分为有效功率和轴功率。流体流经离心泵后的实际功率为离心泵的有效功率， 用 Ne 表示。离心泵的有效功率为： 离心泵的轴功率通常指输入功率，由测量离心泵连轴器上的扭矩 T 和转子的转速 n， 得离心泵的轴功率为： 7 / 16 或者直接由电机消耗功率测得，此时计算的功率为电机和泵消耗总功率。 4) 离心泵效率 则离心泵的效率为： 当获得测量以上参数所需数据后，就可以计算出以上参数，然后 作出扬程流量、 功率流量、效率流量曲线，获得试验报告。需要注意的是，当测得的转速和规定转 速不同时，需对以上各参数用相似定理进行换算。 式中下标 T 表示为转换成规定转速 nsp 下的参数值。 三、主要仪器设备 本实验在两个离心泵实验台上进行，大型试验台上以观摩为主，小型试验台上进行 实际操作和记录。此型实验装置采用一台开敞式的离心泵，拖动功率为 22kW，可通过壳体上开设的透明视窗观察泵内导叶和扩散流道结构。该测试 系统为闭式系统，配置了一个气动控制阀、一个变频器、8 / 16 两个流量计、三个压力传感器、一个扭矩转速传感器以及一套自动化 测试系统及软件。小型实验装置是两台蜗壳式离心泵并联的实验系统，单泵拖动功率为 4kW，泵上直接配置运行检测仪和控制器，该测试系统为闭式系统，配置了两台自带 变频器和控制器的离心泵、两个流量计、七个压力传感器、 PLC 控制器、两个气动控制阀以及一套运行调节控制系统及软件。对于第一个实验装置，实验流程为实验台结构、泵的结构、自动化仪表和自动化测 试系统观察，自动化测试过程的示范讲解，同学提问 交流。对于第二个实验装置，实验流程为：首先，并联系统结构、自动化测试系统和运行调节过程的讲解，并联运行过程的示范讲解；其次，利用其中一台离心泵进行性能实验， 在额定转速下将调节阀从全闭逐步增加开度，直到全开，在整个过程学生手动记录 7-9 组原始数据；再次，利用同一台离心泵进行性能实验，将转速调节到额定转速的一半，将调节阀从全闭逐步增加开度，直到全开，在整个过程学生手动记录 7-9 组原始数据；最后，学生利用记录的原始数据，完成性能参数的计算和整理，绘制性能参数表和泵的性能曲线。 四、实验准备和要 求 1. 认真预习实验讲义，复习课堂讲过的有关内容，并制作数据记录表格。 9 / 16 2. 认真观察实验用泵结构和两个实验装置的结构。 3. 了解泵控制器和阀门控制器原理和调节方法。 4. 了解流量计、压力传感器和扭矩转速传感器的测试原理。 5. 了解离心泵性能曲线的绘制方法以及性能曲线的测试方法。 6. 充分了解需要记录的数据，手工记录传感器或计算机上显示的数据，自行处理数据并 绘制不同转速下的性能曲线，通过两个转速下的测试结果验证离心泵的相似定律。 7. 通过测试得到的性能曲线，分析实验泵的额定工作点以及最优工作区间。 五、实验数据记录和处理 1. 数据记录 50Hz 25Hz 2.进口直径： 50mm 3.出口直径： 32mm 4.进出口高度差： 16cm 北京化工大学 一、 摘要： 实验报告 10 / 16 课程名称：化工原理实验实验日期： 班级：姓名： 同组人：学号： 离心泵性能实验 离心泵的性能实验以常温常压下水为流体，测出在一定的转速下，离心泵的扬程 He、轴功率 N和效率与流速Q 的关系，并以三条曲线分别表示出来，即离心泵的特性曲线。根据此曲线可求出泵的最佳操作范围。管路中需安装孔板流量计，控制压差在 0-25kPa逐渐增大，测定不同流速下孔板流量计的孔流系数 C0 和雷诺数，并在单对数坐标轴上画出 C0-Re关系曲线。改变泵的频率，由真空表和压力表测得的压强求出管路的压头 H，再由孔流系数 C0和孔板流量计的压差计算流量，在坐标轴上绘制 H-Q的关系曲线，即管路特性曲线。将离心泵的特性曲线 He-Q 与其所在管路特性曲线 H-Q绘于同一坐标上，两交点称为泵在该管路上的工作点。该点所对应的流量和压头既能满足管路系统要求，又能为泵所能提供。 关键词：流量、压头、效率、轴功率、孔流系数 二、 实验目的： 1了解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法。 2测定离心泵在恒定转速下的特性曲线，并确定泵的最佳工作范围。 3熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法。 4测定孔板流量计的孔流系数 5测定管路特性曲11 / 16 线。 三实验原理： 1.离心泵特性曲线测定 对一定类型的泵来说，泵的特性曲线主要是指在一定转速下，泵的扬程 、轴功率 和效率 与流量 之间的关系。由于离心泵的结构和流体本身的非理想性以及流体在流动过程中的种种阻力损失，难以推出扬程的纯理论计算式。因此，一般采用实验的方法直接测定 He- Q、 N-Q、 -Q 的关系，及离心泵的特性曲线。另外，根据特性曲线也可求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。 泵的扬程 He 分别取泵的进出口为 1-1 截面与 2-2 截面，建 立机械能衡算式： p1?g 2 u12u2p2 + z1 + + He= + z2 + ?g2g2g He =H真空表 + H压力表 + H0 He = + / g 式中：H 压力表 -泵出口处的压力 H真空表 -泵入口处的真空度 H0 表示压力表和真空表测压口间的垂直距离，12 / 16 H0 =； p1、 p2 分别为泵进、出口的真空度和表压， Pa； u1、 u2 分别为泵进、出口的流速， m/s， u1=u2； 计算出泵进出管路上的压差，就可计算出泵提供给液体的扬程。 泵的有效功率 和效率 ： 由于泵在运转过程中存在种种能量损失，使泵的实际压头和流量较理论值为低，而输入泵的功率又比理论值为高，泵的总效率为 = Ne /N 轴 Ne =HeQ /102 式中 Q-流量， m3/s； He-扬程， m； -流体密度， kg/m3； Ne -泵的有效功率， kW； N轴 -轴功率 ， kW，即泵轴传递给泵的功率。 N轴 = N电 *电 *转 式中 N电 -电机的输入功率 , kW；电 -电机的效率，取； 转 -传动装置的传动效率，一般取。 2.孔板流量计孔流系数的测定 在水平管路上装有一块孔板，孔板两侧接测压管，分别与压差传感计两端相连接。孔板流量计是利用流体通过13 / 16 锐孔的节流作用，使流速增大，压强减小，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。若管路直径为 d1，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板后所形成缩脉的直径为 d2，流体密度为。在孔板前测压导管截面处和缩脉截面处的速度和压强分别为 u1， u2与 p1， p2，根据柏努利方程式，不考虑能量损失可得： /2=/ =gh 或 = 由于缩脉的位置随流速的变化而变化，缩颈处截面积 S2 又难以知道，而孔口的面积却是知道的，测压口的位置在设备制成后也不改变，因此，用孔板孔径处的 u0 来代替 u2，又考虑到流体因局部阻力而造成的能量损失，并用校正系数 C 来校正。则有： =C 对于不可压缩流体，根据连续性方程式又 有： u1= u0S0/S1 则经过整理后可得： u0=C* /1 2 令 C0=C/1 2 ，则又可以简化为： u0= C0* 根据 u0和 S2，即可算出流体的体积流量： Vs= u0 S0= C0 * S0* 或 Vs= C0 S0 14 / 16 式中： Vs-流体的体积流量， m3/s； p-孔板压差，Pa； S0-孔口面积， m2； -流体的密度， kg / m3； C0 孔流系数 孔流系数的大小由孔板锐孔的形状，测压口的位置，孔径与管径比和雷诺数共同决定，具体数值由实验确定。当d0/d1一定， Re超过某个数值后， C0就接近于定值。一般在工业上定型孔板流量计都规定在 C0 为常数的流动条件下使用。 四实验流程示意图： 1 蓄水池； 2 底阀； 3 真空表； 4 离心泵； 5 灌泵阀； 6 压力表； 7 流量调节阀； 8 孔板流量计；9 活动接口； 10 液位计。 11 计量水槽； 12回流水槽： 13 计量槽排水阀 五 .操作要点 : 本实验通过调节阀门改变流量，测得不同流量下离心泵的各项性能参数。流量可通过计 量槽和秒表测量。 1检查电机和离心泵是否正常运转。打开电机的电源开关，观察电机和离心泵的运转情况，如无异常，就可切断电源，准备在实验时使用。 15 / 1